戴建平，沈慧聰，李少武

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院，100050

6 擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)

擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是在常規(guī)序列的基礎(chǔ)上，施加擴(kuò)散敏感梯度，以顯示水分子的布朗運(yùn)動(dòng)。DWI的圖像對(duì)比度主要取決于水分子的位移運(yùn)動(dòng)，而并非水的自身結(jié)構(gòu)成分，它不同于常規(guī)自旋回波序列的圖像，如質(zhì)子密度或T1、T2像的信噪比及空間分辨率。它通常是在標(biāo)準(zhǔn)MRI序列上運(yùn)用EPI技術(shù)，再加上對(duì)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)敏感的梯度脈沖，獲得水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的特征信息。常用序列有自旋回波平面回波序列(SE-EPI T2*WI)、梯度回波平面回波序列(GRE-EPI T2*WI)、Propeller FSE DWI、單次激發(fā)反轉(zhuǎn)恢復(fù)SE-EPI序列(應(yīng)用不多)、PRESTO等，最常用的DWI序列是自旋回波平面回波序列SE-EPI T2*WI，主要是在SE-EPI序列基礎(chǔ)上施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)，單次激發(fā)采集所有回波信號(hào)(圖30)。

圖30 頭顱軸位，SE-EPI DWI序列，EPI的準(zhǔn)備脈沖為SE序列，顯示左顳及基底節(jié)區(qū)的大面積梗死

腦組織結(jié)構(gòu)成分復(fù)雜，組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不僅受組織細(xì)胞本身特征的影響，而且還受細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如細(xì)胞膜、核膜、胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器等)的影響，因此正常腦組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散程度與病變組織的細(xì)胞密度、細(xì)胞膜通透性、細(xì)胞外間隙、溫度以及擴(kuò)散介質(zhì)的黏滯性均具有顯著相關(guān)性。

圖31 頭顱軸位，SE-EPI DWI 序列，顯示右側(cè)放射冠急性期病灶呈高信號(hào)，而由此外囊及左頂枕區(qū)為軟化灶呈低信號(hào)

DWI的臨床應(yīng)用十分廣泛，可以鑒別急性、亞急性腦梗死，評(píng)價(jià)腦梗死的進(jìn)程(圖31)，可以對(duì)顱內(nèi)囊性病變(圖32、33)、環(huán)狀強(qiáng)化病變進(jìn)行鑒別診斷(圖34～37)，對(duì)腦腫瘤的診斷與鑒別診斷、治療療效評(píng)價(jià)提供信息，并且有助于脫髓鞘疾病的診斷及外傷、彌漫性軸索損傷的判定等。

另外一種特殊的DWI成像——全身DWI，是使用STIR技術(shù)抑制正常組織和脂肪的信號(hào)，全身DWI掃描后對(duì)圖像進(jìn)行重組，得到類似PET的圖像，又稱為類PET技術(shù)，臨床上主要用來(lái)進(jìn)行血液系統(tǒng)腫瘤的評(píng)價(jià)和惡性腫瘤的全身評(píng)價(jià)。

圖32 、33 頭顱軸位，T1WI圖像所示橋前池左側(cè)囊性信號(hào)病變，在DWI圖像上顯示為高信號(hào)，表示彌散受限，證實(shí)為表皮樣囊腫而不是蛛網(wǎng)膜囊腫

圖34 、35 頭顱軸位，示右顳環(huán)形強(qiáng)化病變，DWI圖像顯示為高信號(hào)，病理證實(shí)為膿腫

圖36 、37 頭顱冠狀位，示右側(cè)小腦半球環(huán)形強(qiáng)化病變，DWI圖像顯示為低信號(hào)，病理證實(shí)為轉(zhuǎn)移瘤

擴(kuò)散張量成像(DTI)是在DWI的基礎(chǔ)上施加更多非線性方向的梯度場(chǎng)，更精確地描述水分子運(yùn)動(dòng)的各向異性特征，主要使用單次激發(fā)SE-EPI T2WI，是在SE-EPI序列基礎(chǔ)上施加擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)，單次激發(fā)采集所有回波信號(hào)(圖38、39)。臨床應(yīng)用于腦腫瘤、腦血管病的評(píng)價(jià)，以及白質(zhì)纖維束示蹤成像技術(shù)，描述白質(zhì)纖維束的走行(圖40)。

7 灌注加權(quán)成像(PWI)

圖38 、39 頭顱軸位，F(xiàn)A黑白及偽彩圖，反映腦組織各種成分內(nèi)的水分子運(yùn)動(dòng)方向的不同及各向異性的大小

圖40 白質(zhì)束示蹤成像，顯示浸潤(rùn)性生長(zhǎng)的腫瘤對(duì)白質(zhì)纖維束的破壞

利用“首過效應(yīng)”采用回波平面成像(EPI)技術(shù)來(lái)觀察腦血流動(dòng)力學(xué)的改變，將組織對(duì)比劑濃度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠r(shí)間的改變，運(yùn)用示蹤劑血流動(dòng)力學(xué)理論，從時(shí)間－濃度曲線算出灌注參數(shù)值，也稱為灌注成像(perfusion weighted imaging，PWI)。

PWI是通過測(cè)量血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)來(lái)描述血流通過組織血管床的情況，從而評(píng)價(jià)組織的血流灌注狀態(tài)。PWI臨床應(yīng)用廣泛，可以用于神經(jīng)系統(tǒng)的卒中、腫瘤、炎癥、癲癇、外傷、退行變性病的診斷、鑒別診斷、療效預(yù)測(cè)及評(píng)估等。

PWI的應(yīng)用序列可分為外源性和內(nèi)源性對(duì)比劑序列。

內(nèi)源性對(duì)比劑序列無(wú)需注入外源性對(duì)比劑，主要用于動(dòng)脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記(arterial spin labeling，ASL)，流動(dòng)敏感交互式反轉(zhuǎn)恢復(fù)(flowsensitive alternating inversion recovery，F(xiàn)AIR)序列，是以動(dòng)脈血中水質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑，采用IR序列，得到成像平面標(biāo)記及未標(biāo)記的水質(zhì)子圖像，二者相減得到反映組織灌注情況圖(圖41)。在某種意義上說，血氧水平依賴(blood oxygen level dependent，BOLD)也可以進(jìn)行血流灌注量的研究。對(duì)比由順磁性物質(zhì)脫氧血紅蛋白引起，對(duì)脫氧血紅蛋白敏感的序列能反映血容量和血氧的改變，目前多采用EPI序列，一般采用吸入高濃度氧和/或CO2以產(chǎn)生信號(hào)對(duì)比。BOLD研究表明高氧血癥引起的信號(hào)改變見于所有的功能血管，而高碳酸血癥引起的信號(hào)改變則僅見于有血管外皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的血管活性的成熟血管；因此根據(jù)對(duì)兩者反應(yīng)的差異可判斷血管的成熟情況，從而確定腫瘤的存在。并且，可以用來(lái)評(píng)價(jià)腫瘤的生長(zhǎng)，判斷腫瘤生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)的缺氧和血流動(dòng)力學(xué)情況，從而推測(cè)在腫瘤抗血管治療的評(píng)價(jià)方面可能會(huì)有一定價(jià)值。

圖41 頭顱軸位，動(dòng)脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記成像，可見左側(cè)額頂?shù)难鞴嘧⒘枯^對(duì)側(cè)減低

灌注加權(quán)成像很重要的一方面是使用對(duì)比劑，對(duì)比劑的臨床應(yīng)用原理主要有三種：一是利用血管內(nèi)效應(yīng)，例如CEMRA；二是利用血管床通過觀察組織血管床灌注、血供特點(diǎn)，例如灌注成像和動(dòng)態(tài)掃描；三是利用血管外效應(yīng)觀察血腦屏障破壞，例如普通增強(qiáng)掃描。

外源性對(duì)比劑序列可用于動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比成像(dynamic susceptibility-contrast，DSC)，通過靜脈快速團(tuán)注順磁性對(duì)比劑，當(dāng)對(duì)比劑通過毛細(xì)血管床時(shí)，引起局部磁場(chǎng)不均勻，進(jìn)而引起鄰近氫質(zhì)子共振頻率改變，后者導(dǎo)致質(zhì)子自旋去相位，T2或T2*縮短，在影像上表現(xiàn)為T2或T2*信號(hào)強(qiáng)度下降，且信號(hào)下降的程度與局部血容積和對(duì)比劑濃度呈正比。

圖42 ～44 GRE-EPI T2*WI頭顱軸位圖像，分別為rMTT、rCBV及灌注曲線，顯示右側(cè)額頂葉大面積rMTT延長(zhǎng)，rCBV減低區(qū)，灌注曲線顯示該區(qū)域腦組織與正常腦組織在對(duì)比劑通過時(shí)的不同曲線形態(tài)

PWI常用序列有SE-EPI(T2*WI)、GREEPI(T2*WI)(圖42～44)及PRESTO。另外，動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)法(dynamic contrast-enhanced，DCE)T1WI，主要是基于對(duì)比劑造成的組織T1縮短效應(yīng)，多用于估計(jì)血管通透性，成像的參數(shù)主要有初始上升速率、平均上升速率、最大信號(hào)強(qiáng)度和廓清速率等。但是由于成像時(shí)間較長(zhǎng)，DCE多只能采取較少層面的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)，比如垂體的動(dòng)態(tài)掃描。

8 磁敏感加權(quán)成像(SWI)

磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)一種新的磁共振成像法，不同于以往的質(zhì)子密度、T1或T2加權(quán)成像，這種新的方法使用了一直被忽略的相位圖，同時(shí)采用相位圖和幅值圖像，相位圖對(duì)應(yīng)磁敏感性，幅值圖包含組織的對(duì)比，對(duì)相位圖進(jìn)行蒙版處理后加權(quán)至幅值圖，從而得到強(qiáng)調(diào)組織間磁敏感差異的圖像(圖45，46～48)，能在1.0～7.0 T或更高場(chǎng)MR設(shè)備上進(jìn)行。

圖45 SWI MIP 3D頭顱軸位圖像，胼胝體壓部及右枕清楚地顯示豐富紆曲的腫瘤血管

常用序列為3D擾相GRE T2*WI。除靜脈外，SWI組織對(duì)比兼有T1、T2、FLAIR圖像的特點(diǎn)，SWI顯示水腫具有FLAIR圖像的特點(diǎn)(長(zhǎng)TR，短TE，周圍組織適當(dāng)抑制)，但腦脊液顯示為高信號(hào)(翻轉(zhuǎn)角小的原因)，臨床上利用SWI對(duì)脫氧血紅蛋白敏感的特性，可以對(duì)靜脈、出血、非血紅素鐵沉積測(cè)定，在神經(jīng)系統(tǒng)上可以用來(lái)腦靜脈解剖成像，診斷彌漫性軸索損傷、血管畸形、腦血管病、腫瘤和退行性變性病等。這項(xiàng)技術(shù)存在的缺陷是很難區(qū)分小靜脈、小出血灶與血栓，可以通過注射對(duì)比劑前后掃描或進(jìn)行相位分析方法來(lái)彌補(bǔ)。

9 磁共振波譜成像(MRS)

磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是一種利用磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用，對(duì)一系列特定原子核及其化合物進(jìn)行分析的方法，是目前唯一對(duì)人體無(wú)損傷性，用以研究活體組織器官代謝和生化變化以及化合物定量分析的方法。MRS利用化學(xué)位移原理探測(cè)不同物質(zhì)的頻率差別，以ppm表示。目前可用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域波譜研究的原子核有31P、1H、23C、19F、7Li等，其中以31P和1H應(yīng)用最為廣泛。MRS臨床多應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)腦腫瘤、癲癇、神經(jīng)精神疾病、缺血缺氧性腦病、代謝病、退行性病等病變的診斷，在體部用于前列腺、肝臟疾病的診斷。

圖46 ～48 頭顱軸位T2WI，T1WI及SWI MIP 3D圖像。在常規(guī)圖像中沒有顯示異常，在SWI圖像上可見左側(cè)小腦半球多發(fā)斑點(diǎn)狀低信號(hào)的腦實(shí)質(zhì)損傷改變

MR波譜形成的原理包括化學(xué)位移和J耦合兩種物理現(xiàn)象，主要采用兩種脈沖序列成像：STEAM和PRESS。成像的方式有單體素、二維、三維采集。波峰由各主要代謝物產(chǎn)生，包括N-乙酰天門冬胺酸(NAA)和其他N-乙酰物質(zhì)、肌酸(Cr)和磷酸肌酸(PCr)、膽堿(Cho)、肌醇(mI)、谷氨酰胺(Glx)、谷氨酸(Gln)、葡萄糖、乳酸(Lac)、乙醇和酮體。2010年2月《Nature》雜志文章報(bào)道，MRS也可檢測(cè)出多巴胺的存在。這些混合物中一些確切生物化學(xué)作用是現(xiàn)今研究的重點(diǎn)，其中一些波峰已被證實(shí)為某些疾病狀態(tài)的標(biāo)志。

波譜掃描脈沖序列STEAM：激勵(lì)回波序列(STEAM)的優(yōu)點(diǎn)是TE短，受J耦合影響少，對(duì)短T2化合物顯示較好，常用于短T2成分的化學(xué)物質(zhì)如谷氨酰胺、肌醇的分析。缺點(diǎn)是信噪比低，對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感，對(duì)磁場(chǎng)均勻度等要求嚴(yán)格。

圖49 MRS PRESS序列，單體素H質(zhì)子波譜圖像，左額頂白質(zhì)區(qū)病變顯示Cho/Cr顯著升高，NAA降低，提示腫瘤性病變，病理為星形細(xì)胞瘤

點(diǎn)解析波譜(PRESS)是在兩個(gè)180°脈沖后跟一個(gè)90°脈沖，適于長(zhǎng)TE化合物，如Cho、Cr、NAA等化學(xué)物質(zhì)的波譜分析。優(yōu)點(diǎn)是信噪比高，對(duì)運(yùn)動(dòng)不敏感，對(duì)磁場(chǎng)要求相對(duì)低，廣泛應(yīng)用于臨床的單體素(圖49)、二維波譜、三維波譜成像。缺點(diǎn)是易受J耦合影響。

MRS側(cè)重于在體素基礎(chǔ)上的生化信息，它定位于MRI的體素，提供了正常腦或病變腦組織額外的描述特征，可以免除腦活檢，是一種功能性檢查。MRS既可以識(shí)別無(wú)解剖學(xué)變化的異常，如腫瘤的浸潤(rùn)、彌漫性軸索損傷、肝性腦病、癡呆、溺死前改變、顳葉癲癇以及代謝異常，也可以識(shí)別一些有解剖學(xué)變化的異常，如腫瘤或放射性壞死、弓形體病或淋巴瘤、轉(zhuǎn)移瘤或浸潤(rùn)性膠質(zhì)瘤。表2介紹了目前應(yīng)用在一些常見病變中的腦內(nèi)化合物的變化情況。

表2 常見病變MRS檢查中各種化合物變化

10 腦功能成像(fMRI)

fMRI的基礎(chǔ)是利用神經(jīng)元興奮活動(dòng)與血流動(dòng)力學(xué)間存在的密切關(guān)系，快速顯示興奮的神經(jīng)元與非興奮神經(jīng)元間的信號(hào)差異。BOLD效應(yīng)是基于局部大腦氧代謝率(cerebral metabolic rate of oxygen，CMRO2)與局部腦血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)增加值間的差異，而且fMRI獲取的信號(hào)值的增加量與rCBF的增加值呈直線正相關(guān)。脫氧血紅蛋白為順磁性物質(zhì)，產(chǎn)生局部梯度磁場(chǎng)使質(zhì)子快速去相位，具有縮短T2的作用，使相應(yīng)區(qū)域T2信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)。經(jīng)過后處理可將這種代表神經(jīng)元興奮活動(dòng)的信號(hào)提取出來(lái)，顯示出明確可靠的信號(hào)變化，從而獲得激活腦區(qū)的功能成像圖(圖50～52)。利用內(nèi)源性血紅蛋白作為對(duì)比劑，通過血氧飽和度的對(duì)比變化而成像的方法稱為血氧水平依賴功能磁共振成像(BOLD-fMRI)。

圖50 ～52 fMRI二維及三維腦功能區(qū)激活圖像、與白質(zhì)纖維束示蹤融合重建圖像

功能成像還有一項(xiàng)技術(shù)是SEEP(signal enhancement by extravascular water protons)，它主要包括脊髓和腦的功能成像，并且能夠在低場(chǎng)強(qiáng)機(jī)型上應(yīng)用。與BOLD的機(jī)制不同，SEEP主要看細(xì)胞的水腫和血管外水含量的增加，而BOLD主要是看血管內(nèi)血紅蛋白的變化。在低場(chǎng)強(qiáng)(0.2 T)機(jī)器上應(yīng)用SEEP技術(shù)采集腦功能成像信號(hào)，也能夠清楚地看到雙手運(yùn)動(dòng)與感覺的功能區(qū)。SEEP與BOLD比較，SEEP更有優(yōu)勢(shì)，它可以更好地進(jìn)行神經(jīng)元活動(dòng)空間定位，有更高的信噪比(contrast to noise ratio，CNR)，對(duì)磁場(chǎng)的不均勻性敏感性更低，可用來(lái)研究脊髓損傷患者的功能區(qū)的變化，這一點(diǎn)對(duì)于針刺研究來(lái)說很有意義。目前國(guó)內(nèi)外的針刺研究多偏重于腦部，但實(shí)際上，痛覺或其他感覺首先是橫向聯(lián)系，從外周到脊髓，再縱向上傳至腦，再下達(dá)至脊髓，再至外周。從針刺的整個(gè)磁共振研究來(lái)講，很少有人提及經(jīng)絡(luò)，因?yàn)槲覀兛床坏浇?jīng)絡(luò)，所以多數(shù)人稱之為“神經(jīng)針刺”(Neuroacupuncture)，而神經(jīng)針刺必然是先從外周傳至脊髓，再向上傳至腦，所以SEEP脊髓的針刺功能成像研究對(duì)神經(jīng)針刺的全程走形來(lái)說非常重要。

11 其他成像

磁共振領(lǐng)域各種新的成像技術(shù)還在不斷研究探索中，如pH值成像、溫度成像、彈性成像、納米級(jí)成像等。

12 小結(jié)

本文提到的序列已經(jīng)有60多種，如果放射科用所有序列對(duì)每個(gè)患者都做一遍肯定是不現(xiàn)實(shí)的，所以，什么病用什么序列，選擇最優(yōu)化、合理的序列為患者服務(wù)必須提上日程。自1985年開始使用磁共振以來(lái)，已經(jīng)發(fā)展了很多掃描序列，如何在檢查過程中更好的選擇脈沖，就必須弄清每個(gè)脈沖序列的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，從而得到更高的性價(jià)比。表3列舉了常見臨床目的所需選用的序列，當(dāng)然這只是很少一部分，而上述我們已經(jīng)提到的，如脂肪抑制、水成像等根據(jù)臨床目的選用不同的成像方法已經(jīng)為大家所熟知。

盡管磁共振的成像機(jī)制依舊是根據(jù)氫質(zhì)子多少及構(gòu)成、流空效應(yīng)、磁性及順磁性物質(zhì)、含氧血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、正鐵血紅蛋白及含鐵血紅蛋白含量等來(lái)進(jìn)行成像，其成像能力隨場(chǎng)強(qiáng)的增加有了一定的發(fā)展，然而更多的是通過射頻場(chǎng)、接收線圈以及梯度系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，磁共振才得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。